JP2020022332A - 車載充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統から供給される電力を利用して二次電池を充電する車載充電装置において、異常値が検出されたときに、車載充電装置が故障しているのか、電力系統で障害が発生しているのかを切り分けることが可能な構成を提供する。【解決手段】車載充電装置は、車両に搭載され、並列に接続された第１の充電器および第２の充電器を備え、電力系統から供給される電力を利用して二次電池を充電する。この車載充電装置は、電力系統と第１の充電器との間の状態を検出する第１のセンサと、電力系統と第２の充電器との間の状態を検出する第２のセンサと、第１のセンサの検出値および第２のセンサの検出値に基づいて、電力系統で障害が発生しているのか、車載充電装置が故障しているのかを判定する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される充電装置に係わる。

電動車両およびハイブリッド車の普及に伴い、高速充電の要求が高まってきている。そして、高速充電を実現するために、並列に接続された複数の充電器を備える車載充電装置が実用化されている。また、充電動作の信頼性を高めるために、車載充電装置の故障を診断する技術が提案されている。

例えば、直流充電電力を生成する電源部と、電源部を構成する複数の充電ユニットと、制御ユニットと、制御ユニットと充電ユニットとの間でデータの送受信を可能にする通信ラインを備える充電システムが提案されている（例えば、特許文献１）。この充電システムにおいては、充電ユニットは、自己の故障診断の結果に関する充電ユニット状態データを作成して制御ユニットに送信する。制御ユニットは、複数の充電ユニットを複数の充電ユニットグループにグルーピングし、故障を表す充電ユニット状態データを受信すると、充電ユニットグループ単位で複数の充電ユニットの出力状態を変更する。なお、他の関連技術として、車両用電源装置およびその故障診断方法について提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２０１３−８５３９１号公報 特開２０１７−７００３６号公報

車載充電装置は、通常、電力系統から供給される電力を利用して二次電池を充電する。ここで、多くの車載充電装置は、電力系統から印加される電圧および／または電力系統から流入する電流をモニタする機能を備える。そして、このようなモニタにおいて異常値が検出されると、車載充電装置は、例えば、アラームを出力する。この場合、ユーザは、車載充電装置を交換する。

しかしながら、車載充電装置が故障していない場合であっても、電力系統の障害に起因して上述のような異常値が検出されることがある。すなわち、車載充電装置において異常値が検出されたときに、車載充電装置が故障しているのか、電力系統で障害が発生しているのかを切り分けることが困難な場合がある。

本発明の１つの側面に係わる目的は、電力系統から供給される電力を利用して二次電池を充電する車載充電装置において、異常値が検出されたときに、車載充電装置が故障しているのか、電力系統で障害が発生しているのかを切り分けることが可能な構成を提供することである。

本発明の１つの態様の車載充電装置は、車両に搭載され、並列に接続された第１の充電器および第２の充電器を備え、電力系統から供給される電力を利用して二次電池を充電する。そして、この車載充電装置は、前記電力系統と前記第１の充電器との間の状態を検出する第１のセンサと、前記電力系統と前記第２の充電器との間の状態を検出する第２のセンサと、前記第１のセンサの検出値および前記第２のセンサの検出値に基づいて、前記電力系統で障害が発生しているのか、前記車載充電装置が故障しているのかを判定する制御部と、を備える。

上記構成の車載充電装置においては、第１の充電器および第２の充電器は並列に接続されているので、車載充電装置が正常に動作しているとすると、電力系統と第１の充電器との間の状態および電力系統と第２の充電器との間の状態は、互いに同じはずである。すなわち、第１のセンサの検出値および第２のセンサの検出値が互いに一致するときは、車載充電装置が正常に動作していると推定され、第１のセンサの検出値および第２のセンサの検出値が互いに異なるときには、車載充電装置が正常に動作していないと推定される。他方、電力系統に障害が発生すると、第１のセンサの検出値および第２のセンサの検出値がいずれも異常値となる。すなわち、第１のセンサの検出値および第２のセンサの検出値がいずれも異常値であれば、電力系統に障害が発生していると推定される。したがって、第１のセンサの検出値および第２のセンサの検出値をモニタすれば、電力系統で障害が発生しているのか、車載充電装置が故障しているのかを判定できる。

上述の態様によれば、電力系統から供給される電力を利用して二次電池を充電する車載充電装置において、異常値が検出されたときに、車載充電装置が故障しているのか、電力系統で障害が発生しているのかを切り分けることが出来る。

本発明の実施形態に係わる充電装置の一例を示す図である。 故障箇所を切り分ける方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係わる車載充電装置の他の例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係わる車載充電装置の一例を示す。この実施例では、車載充電装置１は、車両に搭載され、電力系統２から供給される電力を利用して二次電池３を充電する。電力系統２は、例えば、商用交流電源である。車載充電装置１および二次電池３は、同じ車両に搭載される。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、または電動フォークリフト等である。

車載充電装置１は、複数の充電器１０および制御部２０を備える。複数の充電器１０は、互いに電気的に並列に接続されている。なお、図１に示す実施例では、車載充電装置１は、２個の充電器１０（１０＃１、１０＃２）を備えているが、３個以上の充電器１０を備えていてもよい。また、車載充電装置１は、図１に示していない他の回路または機能を備えていてもよい。

各充電器１０は、充電器制御部１１、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２、およびセンサ１３を備える。充電器制御部１１は、制御部２０から与えられる電力指令値に従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。電力指令値は、充電器１０の出力電力を指定する。したがって、充電器制御部１１は、電力指令値により指定される出力電力を実現するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１２は、充電器制御部１１の制御に応じて、電力系統２から供給される電力を直流に変換して出力する。

センサ１３は、電力系統２と充電器１０との間の状態を検出する。具体的には、センサ１３は、電力系統２から充電器１０に印加される交流の電圧を検出する。或いは、センサ１３は、電力系統２から充電器１０に流入する電流を検出してもよい。以下では、センサ１３は、電力系統２から充電器１０に印加される交流の電圧を検出するものとする。すなわち、充電器１０＃１に実装されるセンサ１３は、電力系統２から充電器１０＃１に印加される電圧を検出し、充電器１０＃２に実装されるセンサ１３は、電力系統２から充電器１０＃２に印加される電圧を検出する。なお、図１に示す実施例では、センサ１３は充電器１０の中に実装されているが、センサ１３は充電器１０の外部に実装されてもよい。

各充電器１０において、センサ１３の検出値は、充電器制御部１１に与えられる。そして、各充電器１０の充電器制御部１１は、センサ１３の検出値を制御部２０に通知する。この場合、充電器制御部１１は、車載充電装置１が充電動作を開始したときから終了するまでの期間、所定の時間間隔でセンサ１３の検出値を制御部２０に通知してもよい。或いは、充電器制御部１１は、充電動作の開始時にセンサ１３の検出値を制御部２０に通知するだけでもよい。

制御部２０は、上位制御部４から与えられる総電力指令値に基づいて、各充電器１０の出力電力を制御する。具体的には、制御部２０は、総電力指令値に基づいて、充電器１０＃１に与える電力指令値＃１および充電器１０＃２に与える電力指令値＃２を決定する。ここで、電力指令値＃１および電力指令値＃２は、電力指令値＃１と電力指令値＃２との和が総電力指令値と一致するように決定される。

また、制御部２０は、各充電器１０からセンサ１３の検出値を取得する。具体的には、制御部２０は、充電器１０＃１から検出値＃１を取得し、充電器１０＃２から検出値＃２を取得する。この実施例では、検出値＃１は、電力系統２から充電器１０＃１に印加される交流の電圧を表し、検出値＃２は、電力系統２から充電器１０＃２に印加される交流の電圧を表す。そして、制御部２０は、取得した検出値＃１および検出値＃２に基づいて、充電動作における異常状態をモニタする。そして、異常状態が検出されたときは、制御部２０は、検出値＃１および検出値＃２に基づいて、その原因が電力系統２であるか車載充電装置１であるかを判定する。

なお、制御部２０は、正常動作時（異常状態が存在していないとき）に電力系統２から車載充電装置１に印加される電圧を認識できるものとする。例えば、車載充電装置１に接続可能な電力系統２の電圧が予め決まっているケースでは、電力系統２の電圧を表す情報が予め制御部２０に保存されている。或いは、制御部２０は、車載充電装置１に電力系統２が接続されたときに、電力系統２とのネゴシエーション手順において、電力系統２の電圧を表す情報を取得してもよい。なお、以下の記載では、正常動作時（異常状態が存在していないとき）に電力系統２から車載充電装置１に印加される電圧を「想定電圧値」と呼ぶことがある。

上記構成の車載充電装置１において、制御部２０は、例えば、プロセッサおよびメモリを含むＥＣＵ（Electric Control Unit）により実現される。この場合、プロセッサは、メモリに格納されているプログラムを実行することにより制御部２０の機能を提供する。ただし、制御部２０は、デジタル信号処理回路により実現してもよい。

図２は、故障箇所を切り分ける方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、車載充電装置１に電力系統２が接続されたときに実行される。ただし、このフローチャートの処理は、定期的に実行されるようにしてもよい。

Ｓ１において、制御部２０は、電力系統２の想定電圧値を取得する。Ｓ２において、制御部２０は、各充電器１０からセンサ１３の検出値を取得する。即ち、制御部２０は、電力系統２から充電器１０＃１に印加される電圧を表す検出値＃１および電力系統２から充電器１０＃２に印加される電圧を表す検出値＃２を取得する。

Ｓ３において、制御部２０は、検出値＃１と検出値＃２とを比較する。ここで、充電器１０＃１および充電器１０＃２は、互いに電気的に並列に接続されている。すなわち、車載充電装置１が正常に動作しているときは、検出値＃１および検出値＃２は互いに実質的に同じになるはずである。したがって、検出値＃１および検出値＃２が互いに異なっていれば、制御部２０は、Ｓ４において、車載充電装置１が故障していると判定する。

検出値＃１および検出値＃２が互いに実質的に同じであるときは、制御部２０の処理はＳ５に進む。Ｓ５において、制御部２０は、検出値＃１および検出値＃２がそれぞれ想定電圧値と一致するか判定する。ここで、電力系統２が正常に動作しているときは、各充電器１０に印加される電圧は想定電圧値と一致するはずである。したがって、検出値＃１および検出値＃２がそれぞれ想定電圧値と一致するときは、制御部２０は、Ｓ６において、電力系統２は正常であると判定する。一方、検出値＃１および検出値＃２がそれぞれ想定電圧値と異なる異常値を示すときは、制御部２０は、Ｓ７において、電力系統２において障害が発生していると判定する。

このように、制御部２０は、各充電器１０のから取得する検出値に基づいて故障箇所を切り分けることができる。まとめると、故障箇所の切分けは、下記の通りである。

ケース１：検出値＃１および検出値＃２が互いに異なるときは、制御部２０は、車載充電装置１が故障していると判定する。例えば、充電器１０＃２が故障しているときは、検出値＃１は想定電圧値と一致するが、検出値＃２は想定電圧値とは異なる異常値を示す。この結果、検出値＃１および検出値＃２が互いに異なることとなり、車載充電装置１の故障が検出される。

ケース２：検出値＃１および検出値＃２が実質的に互いに同じであるが、検出値＃１および検出値＃２がいずれも想定電圧値とは異なる異常値を示すときは、制御部２０は、電力系統２で障害が発生していると判定する。

なお、上述の故障または障害が検出されたときは、制御部２０は、その旨を上位制御部４に通知する。そうすると、上位制御部４は、アラームを出力する。このアラームは、例えば、電力系統２において障害が発生しているのか、車載充電装置１が故障しているのかを車両のユーザに通知するように作成される。よって、アラームは、音声メッセージであってもよいし、車両内の表示装置に表示されるようにしてもよい。

車載充電装置１が故障していることを表すアラームが出力されたときは、車両のユーザは、例えば、車両のディーラーに車載充電装置１の交換を依頼できる。一方、電力系統２において障害が発生していることを表すアラームが出力されたときは、車両のユーザは、車載充電装置１に他の電力系統を接続することで、二次電池３を充電できる。よって、充電時の異常値の原因が電力系統２の障害であるにもかかわらず、車載充電装置１を交換してしまう事態が回避される。

図３は、本発明の実施形態に係わる車載充電装置の他の例を示す。図３に示す実施例では、車載充電装置１には、無線通信機５が接続される。すなわち、車載充電装置１は、無線通信機５との間で信号を送信および受信するためのインタフェース３０を備える。

車載充電装置１の制御部２０は、異常状態を検知したときは、図１〜図２を参照しながら説明したように、車載充電装置１が故障しているのか電力系統２で障害が発生しているのかを判定する。そして、制御部２０は、故障箇所についての判定結果を、インタフェース３０を介して無線通信機５に通知する。なお、制御部２０は、故障箇所についての判定結果を上位制御部４に通知してもよい。この場合、故障箇所についての判定結果は、上位制御部４を介して無線通信機５に通知される。

無線通信機５は、例えば、セルラネットワーク等の無線ネットワークに接続可能な無線端末である。そして、無線通信機５は、制御部２０による判定結果を車両の外部に送信する。

無線通信機５には、電力系統２を管理および運営する運営会社のアドレスが登録されている。そして、電力系統２で障害が発生していることを表す判定結果を受け取ると、無線通信機５は、その判定結果を表すメッセージを電力系統２の運営会社に送信する。このとき、無線通信機５が位置情報を取得する機能を備えているときは、無線通信機５は、電力系統２で障害が発生していることを表すメッセージに加えて位置情報を運営会社に送信することが好ましい。この場合、電力系統２の運営会社は、受信した位置情報に基づいて、障害が発生した設備（例えば、充電スタンド）を特定できるので、迅速に修理を行うことができる。

車載充電装置１が故障していることを表す判定結果を受け取ったときは、無線通信機５は、その判定結果を表すメッセージを所定のアドレスに送信してもよい。例えば、車載充電装置１が故障していることを表す判定結果は、車両のディーラーに送信される。

＜バリエーション＞
図１〜図３に示す実施例では、車載充電装置１は２個の充電器１０を備えるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、車載充電装置１は、並列に接続される３個以上の充電器１０を備えていてもよい。

車載充電装置１がＮ（Ｎは、３以上の整数）個の充電器１０を備える場合であっても、制御部２０は、図２に示すフローチャートと同様の手順で故障箇所を切り分けることができる。すなわち、Ｎ個の充電器１０から通知されるＮ個の検出値のうちの一部が他の検出値と異なっているときは、制御部２０は、車載充電装置１が故障していると判定する。また、Ｎ個の検出値が実質的に互いに同じであるが、Ｎ個の検出値がそれぞれ想定電圧値とは異なる異常値を示すときは、制御部２０は、電力系統２で障害が発生していると判定する。

また、上述した実施例では、センサ１３は、電力系統２から印加される電圧を検出するが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、図１または図３に示す車載充電装置１において、充電器１０＃１および充電器１０＃２の出力電力が互いに同じになるように充電動作が制御されるものとする。この場合、車載充電装置１が正常であれば、充電器１０＃１に流入する電流および充電器１０＃２に流入する電流は互いに一致するはずである。そこで、充電器１０＃１のセンサ１３は、電力系統２から充電器１０＃１に流入する電流を検出して検出値＃１を生成し、充電器１０＃２のセンサ１３は、電力系統２から充電器１０＃２に流入する電流を検出して検出値＃２を生成する。そして、制御部２０は、図２に示す実施例と同様の方法で、検出値＃１、＃２に基づいて故障箇所を切り分けることができる。

制御部２０は、電力系統２で障害が発生していると判定したときは、電力系統２と各充電器１０との間の電力線および／または車載充電装置１と二次電池３との間の電力線を遮断してもよい。また、制御部２０は、車載充電装置１が故障していると判定したときは、電力系統２に対して電力供給の停止を要求してもよい。

１ 車載充電装置
２ 電力系統
３ 二次電池
４ 上位制御部
５ 無線通信機
１０（１０＃１、１０＃２） 充電器
１１ 充電器制御部
１２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１３ センサ
２０ 制御部
３０ インタフェース

Claims (4)

1. 並列に接続された第１の充電器および第２の充電器を備え、電力系統から供給される電力を利用して二次電池を充電する、車両に搭載された車載充電装置において、
   前記電力系統と前記第１の充電器との間の状態を検出する第１のセンサと、
   前記電力系統と前記第２の充電器との間の状態を検出する第２のセンサと、
   前記第１のセンサの検出値および前記第２のセンサの検出値に基づいて、前記電力系統で障害が発生しているのか、前記車載充電装置が故障しているのかを判定する制御部と、
   を備える車載充電装置。
2. 前記第１のセンサは、前記電力系統から前記第１の充電器に印加される電圧を検出し、
   前記第２のセンサは、前記電力系統から前記第２の充電器に印加される電圧を検出し、
   前記第１のセンサの検出値および前記第２のセンサの検出値が互いに異なっていれば、前記制御部は、前記車載充電装置が故障していると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載充電装置。
3. 前記第１のセンサの検出値および前記第２のセンサの検出値が互いに実質的に同じであるが、前記第１のセンサの検出値および前記第２のセンサの検出値がいずれも異常値であるときは、前記制御部は、前記電力系統で障害が発生していると判定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車載充電装置。
4. 前記制御部による判定結果は、前記車載充電装置に接続される無線通信機を介して前記車両の外部に送信される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車載充電装置。

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